特表 2023-509899 音波検出用光学装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-03-10

(54)【発明の名称】音波検出用光学装置

(51)【国際特許分類】

   G01H 9/00 20060101AFI20230303BHJP

   G01H 13/00 20060101ALI20230303BHJP

   H04R 23/00 20060101ALI20230303BHJP

【ＦＩ】

G01H9/00 B

G01H13/00

H04R23/00 320

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022539388

(86)(22)【出願日】2020-12-24

(85)【翻訳文提出日】2022-08-24

(86)【国際出願番号】 EP2020087869

(87)【国際公開番号】W WO2021130367

(87)【国際公開日】2021-07-01

(31)【優先権主張番号】1915695

(32)【優先日】2019-12-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】510132347

【氏名又は名称】コミサリア ア レネルジ アトミク エ オウ エネルジ アルタナティヴ

(71)【出願人】

【識別番号】516065504

【氏名又は名称】ユニヴェルシテ グルノーブル アルプ

(71)【出願人】

【識別番号】506316557

【氏名又は名称】サントル ナショナル ドゥ ラ ルシェルシュ シアンティフィック

(71)【出願人】

【識別番号】515111048

【氏名又は名称】アンスティテュー ポリテクニック ドゥ グルノーブル

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】ラウエルス トーマス

(72)【発明者】

【氏名】バスルール スカンダール

(72)【発明者】

【氏名】クタール ジャン－ギヨーム

(72)【発明者】

【氏名】グリエール アラン

(72)【発明者】

【氏名】ラフォン ギヨーム

【テーマコード（参考）】

2G064

5D021

【Ｆターム（参考）】

2G064AB01

2G064AB02

2G064AB13

2G064BA02

2G064BD02

2G064CC41

2G064CC42

5D021DD04

(57)【要約】

本発明は、共振周波数を規定する光空洞を含む導波路を担持する膜に向かって伝搬する音波を検出するための装置及び方法である。膜の振動の影響下で、光共振器の共振周波数は変化する。装置は、光波を光空洞内に導くための光源と、光波の波長を光空洞の共振波長にサーボ制御するためのサーボ回路とを含む。光波の波長の変化をモニターすることにより、音波の振幅を推定することが可能となる。
【選択図】図１Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

音波（５）を検出する装置（１）であって、
音波の周波数（ｆ_ａ）で振動するように構成され、導波路（２０）を担持する膜（２）と、
第１の反射器（２４_１）と第２の反射器（２４_２）とを含み、当該各反射器は、反射スペクトル帯域（Δλ_２０）の光を反射し、前記膜とともに振動するように構成される前記導波路と、を備え、
前記第１の反射器及び前記第２の反射器は、光共振空洞（２６）を形成するように互いに間隔をあけて配置され、当該光共振空洞は、前記反射スペクトル帯域（Δλ_２０）において共振波長（λ_ｒ）を規定し、
前記導波路は、前記共振波長（λ_ｒ）で光を透過し、共振波長（Δλ_２０）ではなく前記反射スペクトル帯域の光を反射し、
当該装置もまた、
前記導波路（２０）内に発光波長（λ_１２）の光波（１２）を放射するように構成されるレーザ光源（１０）と、
前記共振波長（λ_ｒ）で前記導波路によって伝達される光波（１４）を検出するように構成される光検出器（１６）と、
前記光源（１０）及び前記光検出器（１６）に接続され、前記光波の波長（λ_１２）を前記光共振空洞（２６）の前記共振波長（λ_ｒ）に様々な時間でサーボ制御するように構成されるサーボ回路（４１）と、
前記サーボ回路に接続され、以下のように構成される処理ユニット（４２）と、を備え、
前記膜の振動の影響下での前記発光波長（λ_１２）の周期的な時間依存性の変化を決定し、当該発光波長の周期的な時間依存性の変化は、前記共振波長の周期的な変化に対応しており、
前記発光波長の前記周期的な時間依存性の変化に基づいて音波の振幅を推定し、
当該装置は、
前記導波路（２０）は、前記膜（２）上に直接形成され、
前記膜は、振動の影響下において少なくとも一つの振動波腹を示し、前記振動の振幅は、各振動波腹において最大であり、
前記導波路（２０）は、少なくとも一つの振動波腹と同じ高さにある、ことを特徴とする装置。

【請求項2】

当該各反射器（２４_１、２４_２）は、前記導波路に沿った屈折率（ｎ_１、ｎ_２）の周期的な変調によって形成されたブラッグミラーである、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記サーボ回路（４１）は、前記光源（１０）に接続され、かつ前記光源によって放射される光波の波長（λ_１２）を前記光共振空洞の前記共振波長（λ_ｒ）までサーボ制御するように構成されるサーボループを備える、上記請求項いずれか一項に記載の装置。

【請求項4】

前記サーボ回路（４１）は、トップオブフリンジロックサーボ技術を実施する、請求項３に記載の装置。

【請求項5】

前記レーザ光源は、１０ｐｍ未満の幅の発光スペクトル帯域（Δλ_１２）で前記光波を発光する、上記請求項いずれか一項に記載の装置。

【請求項6】

上記請求項いずれか一項に記載の装置であって、
前記第１の反射器（２４_１）は、第１のブラッグミラーであり、
前記第２の反射器（２４_２）は、第２のブラッグミラーであり、
前記第１のブラッグミラー及び前記第２のブラッグミラーは、同一のブラッグミラーを形成し、後者は欠陥（２５）を有し、前記第１のブラッグミラー及び前記第２のブラッグミラーは、それぞれ前記欠陥の両側に位置する前記ブラッグミラーの部分に対応する、ことを特徴とする装置。

【請求項7】

上記請求項いずれか一項に記載の装置（１）を用いて音波（５）の振幅（Ａ_ａ）を検出する方法であって、
ａ）前記膜（２）の振動、前記音波の影響下において、当該膜は、前記音波の周波数（ｆ_ａ）に対応する振動周波数で振動し、当該膜の振動は、前記導波路（２０）の前記共振波長が周期的に変調される振動の影響下において前記導波路の振動を引き起こし、
ｂ）前記レーザ光源が前記発光波長（λ_１２）において前記導波路内に光波を放出するように、前記レーザ光源（１０）を活性化させ、
ｃ）サーボ回路（４１）を用いて、前記発光波長（λ_１２）が周期的に変化するように、前記発光波長（λ_１２）を前記共振波長（λ_ｒ）までサーボ制御し、前記発光波長の前記時間依存性の振動（λ_１２（ｔ））は、前記音波の周波数（ｆ_ａ）における前記共振波長（λｒ（ｔ））の当該周期的な変調に対応し、
ｄ）前記サーボ回路（４１）を介して得られる前記発光波長の当該時間依存性の変化に基づいて、処理ユニット（４２）により前記音波の振幅を推定する、方法。

【請求項8】

請求項１から６のいずれか一項に記載の装置を製造する方法であって、
導波路を形成するために第１の材料の薄層を膜上に堆積し、
前記導波路の屈折率の周期的な変調を得るために、前記導波路にフェムト秒レーザビームで光彫刻をする、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の技術分野は、光共振空洞を用いた音波の検出である。

【背景技術】

【0002】

音波は通常、ＭＥＭＳ又はＮＥＭＳ電気機械共振器（ＭＥＭＳはマイクロ電気機械システム（ｍｉｃｒｏ－ｅｌｅｃｔｒｏ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ）の頭字語であり、ＮＥＭＳはナノ電気機械システム（ｎａｎｏ－ｅｌｅｃｔｒｏ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ）の頭字語である）に基づく装置によって検出される。このタイプのトランスデューサは、ウェハレベルの微細加工プロセスを用いて製造することができる。その結果、適度な製造コストが実現でき、そのような変換器を日常的な部品での使用に特に適したものにする。これらの共振器は、音波への曝露の影響下で振動する膜に基づいており、振動は電気的変換を介して検出される。変換は、圧電材料を介して、又は容量効果を介して達成され得る。

【0003】

しかしながら、特定の用途においては、光変換を介して膜の振動を検出することが有利である。具体的には、光変換は、接触することなく遠隔測定を可能にすることができる。これは、電気的変換が不可能な特定の環境（熱的又は電磁気的性質のストレスにさらされる）において特に適切である。さらに、光変換は爆発の危険がある環境に適している。

【0004】

光変換に基づく装置は、以下の文献に記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】国際公開第２０１４／１９５３７２号

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】Ｇａｌｌｅｇｏ Ｄ．“Ｈｉｇｈ－ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ ｓｉｎｇｌｅ－ｍｏｄｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ ｓｅｎｓｏｒｓ ｆｏｒ ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”， Ｏｐｔ Ｌｅｔｔｅｒ， Ｖｏｌ．３４， ｎ°１２， ｐ． １８０７， ２００９．０６

【非特許文献2】Ｃｈｅｎ Ｋ．“Ｆｉｂｅｒ－ｏｐｔｉｃ Ｆａｂｒｙ Ｐｅｒｏｔ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ ｂａｓｅｄ ｈｉｇｈ－ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ”， Ｓｅｎｓｅ． Ａｃｔｕａｔｏｒｓ Ｐｈｙｓ．， ｖｏｌ．２７９， ｐ． １０７－１１２， ２０１８．０８

【非特許文献3】Ｓ． Ｍ．Ｌｅｉｎｄｅｒｓ“Ａ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ ｓｅｎｓｏｒ （ＯＭＵＳ） ｂａｓｅｄ ｏｎ ａ ｓｉｌｉｃｏｎ ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｒｉｎｇ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ｏｎ ａ ａｃｏｕｓｔｉｃａｌ ｍｅｍｂｒａｎｅ”， Ｓｃｉ． Ｒｅｐ．， ｖｏｌ．５， Ｎ°１， ２０１５．１１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明者らは、特にコンパクトで、製造が簡単で、検出感度が高い装置を設計した。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の第１の主題は、音波を検出する装置であって、
音波の周波数で振動するように構成され、導波路を担持する膜と、
第１の反射器及び第２の反射器を含み、各反射器は、反射スペクトル帯域で光を反射し、前記膜とともに振動するように構成される前記導波路と、を備え、
前記第１の反射器及び前記第２の反射器は、光共振空洞を形成するように互いに間隔を置いて配置され、当該光共振空洞は、前記反射スペクトル帯域において共振波長を規定し、
前記導波路は、前記共振波長において光を透過し、当該共振波長ではなく前記反射スペクトル帯域において光を反射し、
当該装置もまた、
前記導波路内に発光波長の光波を放射するように構成されるレーザ光源と、
前記共振波長で前記導波路によって伝達される光波を検出するように配置される光検出器と、
前記光源及び前記光検出器に接続され、前記光波の波長を前記光共振空洞の前記共振波長に種々の時間でサーボ制御するように構成されるサーボ回路と、
前記サーボ回路に接続され、以下のように構成される処理ユニットと、を備え、
前記膜の振動の影響下での前記発光波長の周期的な時間依存性の変化を決定し、当該発光波長の周期的な時間依存性の変化は、前記共振波長の周期的な変化に対応しており、
前記発光波長の前記周期的な時間依存性の変化に基づいて音波の振幅を推定する。

【0009】

一実施形態によれば、各反射器は、前記導波路に沿った屈折率の周期的な変調によって形成されたブラッグミラーである。

【0010】

好ましくは、前記サーボ回路は、前記光源に接続され、かつ前記光源によって放射される前記光波の発光波長を前記光共振空洞の共振波長までサーボ制御するように構成されるサーボループを備える。当該サーボ回路は、特に、トップオブフリンジロックサーボ技術を実施することができる。

【0011】

好ましくは、レーザ光源は、１０ｐｍ未満、又は１ｐｍ未満の幅の発光スペクトル帯域で光波を発光する。より一般的には、発光スペクトル帯域は、光共振空洞の共振ピークの幅よりも狭い。

【0012】

一実施形態によれば、前記第１の反射器は、第１のブラッグミラーであり、前記第２の反射器は第２のブラッグミラーであり、前記第１のブラッグミラー及び前記第２のブラッグミラーは、同一のブラッグミラーを形成し、後者は欠陥を有し、前記第１のブラッグミラー及び前記第２のブラッグミラーは、それぞれ前記欠陥の両側に位置する前記ブラッグミラーの部分に対応する。

【0013】

前記膜は、振動の影響下において、少なくとも一つの振動波腹を示し、前記振動の振幅は各振動波腹で最大である。前記導波路は、好ましくは、少なくとも一つの振動波腹と同じ高さにある。

【0014】

一実施形態によれば、前記導波路は、前記膜上に直接形成される。特にフェムト秒レーザによる光彫刻で形成することができる。

【0015】

一実施形態によれば、前記導波路は、膜上に堆積された微細構造光ファイバである。

【0016】

本発明の第２の主題は、本発明の第１の課題に係る装置を用いて音波の振幅を検出する方法であって、
ａ）前記膜の振動、前記音波の影響下において、当該膜は、前記音波の周波数に対応する振動周波数において振動し、当該膜の振動は、前記導波路の前記共振波長が周期的に変調される振動の影響下において前記導波路の振動を引き起こし、
ｂ）前記光源が前記発光波長において前記導波路内に光波を放射するように、レーザ光源を活性化させ、
ｃ）サーボ回路を用いて、前記発光波長が周期的に変化するように、前記発光波長を前記共振波長までサーボ制御し、前記発光波長の前記時間依存性の振動は、前記音波の周波数における前記共振波長の当該周期的な変調に対応し、
ｄ）前記サーボ回路を介して得られる前記発光波長の当該時間依存性の変化に基づいて、処理ユニットにより前記音波の振幅を推定する。

【0017】

本発明の第３の主題は、本発明の第１の主題に係る装置を製造するための方法であって、前記装置は、前記導波路が前記膜上に直接形成され、当該方法は、
導波路を形成するために第１の材料の薄層を膜上に堆積し、
前記導波路の屈折率の周期的な変調を得るために、前記導波路にフェムト秒レーザビームで光彫刻をする。

【0018】

本発明は、以下に列挙された図を参照し、説明の残りの部分で記載される例示的な実施形態の説明を読むことによって、より理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1A】本発明に係る装置の第１の例を示す。

【図1B】本発明に係る装置の第１の例を示す。

【図1C】本発明に係る装置の第１の例を示す。

【図2A】ブラッグミラーを形成する微細構造の光ファイバを示す。

【図2B】図２Ａに概略的に示される光ファイバの反射スペクトル帯域を示す。

【図2C】間隔をあけた２つのブラッグミラーに基づく光共振空洞を形成する微細構造光ファイバを示す。

【図2D】図２Ｃに概略的に示される光ファイバの反射スペクトル帯域を示す。

【図3A】光共振空洞を含む変形されていない導波路を示す。

【図3B】変形された光共振空洞を含む導波路を示す。

【図3C】変形が不均一な導波路を示す。

【図3D】変形の影響下における図３Ｃに示されるような導波路の反射スペクトル帯域の変化を示す。

【図3E】膜の直径に沿った半径方向の変形の振幅を示す。

【図3F】図３Ｄに示す変形に対して最適に配置された導波路を示す。

【図4A】トップオブフリンジロック法を用いて光源の波長をサーボ制御するための回路を概略的に示す。

【図4B】トップオブフリンジロック法を用いて得られた誤差関数の変化を示す。

【図5A】膜の振動の影響下での光共振空洞の共振波長のシフトを示す。

【図5B】光共振波長の時間依存性の変調を示す。

【図5C】共振波長の時間依存性の変調に基づく膜の振動振幅の推定値を概略的に示す。

【図6】動作周波数帯における膜の伝達関数を示す。

【図7A】膜に接触して微細構造導波路を形成することを可能にする製造プロセスの主要なステップを示す。

【図7B】膜に接触して微細構造導波路を形成することを可能にする製造プロセスの主要なステップを示す。

【図7C】膜に接触して微細構造導波路を形成することを可能にする製造プロセスの主要なステップを示す。

【図7D】膜に接触して微細構造導波路を形成することを可能にする製造プロセスの主要なステップを示す。

【図8A】本発明による装置の２つの可能な構成を概略的に示す。

【図8B】本発明による装置の２つの可能な構成を概略的に示す。

【発明を実施するための形態】

【0020】

図１Ａ～図１Ｃは、本発明による装置１の一例を示す。装置は、入射された音波５にさらされると振動するように構成された可撓性の膜２を含む。入射音波の周波数は、可聴音波又は超音波音波の領域に含まれる。したがって、膜２は、２０Ｈｚから２０ｋＨｚ（可聴範囲）の間及び／又は２０ｋＨｚを超える周波数帯域、例えば２０ｋＨｚから数十ＭＨｚの間で振動することができる。

【0021】

図示の例では、膜２は、横軸Ｚに垂直な半径方向平面Ｐ_ＸＹ内にある。

【0022】

膜２は、その周囲を介して、装置の本体を形成する基板３に接続される。膜の直径Φ、又は最も長い対角線は、１ｍｍ～１０ｍｍであってもよい。横軸に沿った膜の厚さは、１０μｍから数ｍｍの間であり、厚さは、膜の半径ｒ又は直径Φに依存する。厚さは、半径の数千分の１（１０^－３）と１／１０（１０^－１）との間で構成することができる。例えば、半径の１００分の１に等しくすることができる。

【0023】

膜２は、好ましくは、横軸Ｚに平行に延びる開口６を含む。このような孔は、膜の両側の圧力を平衡に保つことを可能にする。これらは、膜の両側の圧力差がゆっくりと現れて、膜が変形するのを防ぐ。ゆっくりと現れるとは、膜の動作周波数範囲より低い周波数で生じる圧力差を意味する。開口６の直径は、例えば、膜の直径の１／１０未満である。例えば、１０μｍ、２０μｍ程度である。

【0024】

導波路２０は、膜２に接触し、膜２に平行に膜２上に延びている。導波路は、入口２０_ｉと出口２０_ｏとの間に延在する。導波路は、第１の屈折率_ｎ１を有する第１の材料２１から形成される。

【0025】

導波路２０は、光ファイバであってもよく、この場合、第１の材料は光ファイバのコアの材料である。また、第１の材料２１の薄層の堆積物から形成される導波路、例えばＳｉＯＮ（酸窒化シリコン）の問題であってもよく、これは図１Ａから図１Ｃに示される例に対応する。導波路は、屈折率が第１の材料ｎ_１の屈折率ｎ_３よりも低い閉じ込め材料２３によって囲まれる。導波路２０が光ファイバの場合、閉じ込め材料２３は、光ファイバのクラッドである。

【0026】

導波路２０は、メリットがあるように、第１の材料２１の薄い層から形成される。閉じ込め材料２３は、単に第１の材料を取り囲む空気であってもよい。導波路の横軸Ｚに沿った厚さは、１０μｍ又は５μｍ未満であることが好ましい。このような導波路を形成するためのプロセスを、図７Ａ～図７Ｄを参照して説明する。膜上に直接導波路を形成することにより、光ファイバを膜に接合する工程を回避することができる。光ファイバの使用に関する別の利点は、より剛性の低い導波路が得られることである。

【0027】

選択された構成にかかわらず、封止材料２３の屈折率ｎ_３は、第１の材料２１の屈折率ｎ_１よりも低い。第１の材料２１が膜上に直接堆積されると、第１の材料２１の屈折率ｎ_１は、膜２が形成される材料の屈折率よりも高い。

【0028】

導波路２０の一例を図１Ｂに示す。この例では、第１の材料２１は、膜２上に堆積される。導波路は、第２の屈折率ｎ_２の第２の材料２２のセグメントを含み、これらのセグメントは、導波路２０に沿って周期的に分布される。第２の屈折率ｎ_２は、第１の屈折率ｎ_１とは異なる。第１の屈折率と第２の屈折率との間の相対的な変化は、０．０１％（１０^－４）から０．１％（１０^－３）まで変化し得る。

【0029】

導波路が延びる軸に沿って、屈折率がｎ_１とｎ_２との間で周期的に変調され、反射スペクトル帯域Δλ_２０にブラッグミラーが形成される。ブラッグミラーの構造は、当業者には公知であり、屈折率が周期的に変化する構造であり、光が伝搬する軸に沿って、２つの異なる屈折率のセグメントが周期的に交互に形成され、各セグメントの光学的厚さは、λ_Ｂ／４ｎ_ｉであり、各セグメントの光学的厚さは、λ_Ｂは、反射スペクトル帯域Δλ_２０の中心波長であり、ｎ_ｉは、当該材料の屈折率（ｎ_ｉ＝ｎ_１又はｎ_ｉ＝ｎ_２）である。屈折率コントラストが低いほど、周期の数が多くなる。

【0030】

反射スペクトル帯域Δλ_２０は、ブラッグ波長λ_Ｂとも呼ばれる共振波長λ_ｒを中心とし、以下のようになる。

ここで、ｎ_ｅｆｆは格子の有効指数であり、以下のようになる。

Λは、格子の空間的周期、すなわち、導波路の軸に沿った２つの連続するセグメント２１及び２２の長さである。

【0031】

導波路２０は、セグメント２１とセグメント２２とが交互に形成されたブラッグミラーが欠陥を含むようなものである。欠陥とは、屈折率変調の周期性における局所的な破断を意味する。この欠陥は、例えば、所定の材料、例えば、第１の材料２１からなる連続した欠陥２５であって、一つの期間Λの長さ又は複数の連続した期間の長さを延長したものに相当する。図１Ｂを参照されたい。欠陥を有するレベルでは、導波路は単一の材料を含み、導波路２０の軸に沿って距離が延びる。距離ｄが、ｄ＝ｋλ_Ｂ／ｎ_ｅｆｆ（１’）（ｋは正の自然整数）である場合、共振波長λ_ｒを規定する共振ファブリペロー光空洞２６が形成される。欠陥２５が単一の期間Λに及ぶ場合、λ_ｒ＝λ_Ｂである。

【0032】

また、ｄ＞ｋλ_Ｂ／ｎ_ｅｆｆである場合、反射スペクトル帯域Δλ_２０には、ブラッグ波長λ_Ｂと異なる他の共振波長λ_ｒが現れることがある。この場合、共振ピークが最も狭い共振波長を保持することが好ましい。

【0033】

これにより、導波路２０において、第一ブラッグミラー２４_１と第二ブラッグミラー２４_２とを分離することができる。第１のブラッグミラー２４_１、第２のブラッグミラー２４_２、及びブラッグミラー間の欠陥２５によって形成されるアセンブリは、共振空洞２６を形成する。

【0034】

次に、導波路は、以下のように構成される。ブラッグミラー２４_１、２４_２の反射スペクトル帯域Δλ_２０の光を反射し、共振波長λ_ｒの光を反射しない。共振空洞２６の共振波長λ_ｒの光を透過させる。

【0035】

装置１はまた、導波路２０の入口２０_ｉに向かって入射光波１２を放射するように配置された光源１０、特にレーザダイオードを含む。光波１２は、発光波長λ_１２を中心とする発光スペクトル帯域Δλ_１２で放射される。発光スペクトル帯域Δλ_１２は、反射スペクトル帯域Δλ_２０に含まれる。好ましくは、共振波長λ_ｒに関連する共振ピークの幅よりも狭い。発光スペクトル帯域Δλ_１２の幅が共振ピークの幅よりも狭いことにより、発光波長λ_１２を導波路の共振波長に対して正確に調整することができる。この調整は、後述するサーボ回路４１によって行われる。

【0036】

発光スペクトル帯域Δλ_１２の幅は、１０ｐｍ又は１ｐｍよりも小さいことが好ましい。発光スペクトル帯域Δλ_１２の幅は、発光スペクトル帯域の半値全幅を意味する。光源１０は、連続波レーザであることが好ましい。例えば、出力１ｍＷ、波長１．５５μｍで発光し、１ｐｍのオーダーのスペクトル幅を有するＤＦＢレーザダイオード（ＤＦＢは分布帰還（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ）の頭字語である）であってもよい。このタイプのレーザダイオードは、電気通信の分野で一般的に使用されている。

【0037】

装置１は、光検出器１６、好ましくは高速光検出器、ここではフォトダイオードを含む。光検出器は、反射スペクトル帯域Δλ_２０を含む検出スペクトル帯域Δλ_１６を有する。

【0038】

装置１は、膜の振動の影響下で共振空洞２６の共振波長λ_ｒの時間依存の変化λ_ｒ（ｔ）に追従するように構成されたサーボ回路４１を含む。このような回路について、図４Ａ及び図４Ｂを参照して以下に説明する。サーボ回路４１は、光源１０がサーボ制御されて、光源によって放射される光波１２の発光波長λ_１２が共振空洞２６の共振波長λ_ｒに対応するようにする。

【0039】

この装置は、膜２が振動する影響下で音波５の振幅を推定するように構成された処理ユニット４２を含む。サーボ回路４１で決定された発光波長λ_１２の時間依存の変化λ_１２（ｔ）に基づいて音波の振幅が推定される。処理ユニット４２の動作については、図５を参照してさらに詳細に説明する。

【0040】

装置は、後部容積を規定するカバー８を備え、後部容積は、膜２とカバー８との間に延びる容積に対応する。

【0041】

一般に、導波路２０は、第１の反射器２４_１及び第２の反射器２４_２から形成された共振空洞２６を含み、これらの反射器は、屈折率の周期的変動を誘起するように導波路２０を微細構造化することによって得られる。

【0042】

本発明の重要な一面は、以下に説明される事実に関係する。光源１０が活性化され、その発光波長λ_１２が導波路２０の共振波長（より正確には共振空洞２６の共振波長）λ_ｒに対応しない光波１２を放射すると、導波路２０は反射波１２’を反射する。しかし、光源１０が活性化され、共振空洞２６の共振波長λ_ｒに対応する発光波長λ_１２の光波１２を放射すると、導波路２０は、光検出器１６に透過波１４を透過させる。また、発光波長λ_１２が共振波長λ_ｒに近づくほど、透過波１４の強度は高くなる。

【0043】

本発明は、音響振幅Ａ_ａの音波５にさらされると、膜２が音波５の周波数ｆ_ａの振動振幅で振動することに基づいている。この結果、導波路２０は周期的に変形し、その変形の影響下で共振波長λ_ｒは周期的な時間依存の変化λ_ｒ（ｔ）を示す。時間依存の変調の振幅Ａ_λｒは、膜の振動の振幅に依存し、この振幅は、音響振幅Ａ_ａと相関し、例えば、音響振幅Ａ_ａに比例する。このように、振幅Ａ_λｒを推定することにより、音響振幅Ａ_ａを推定することができる。

【0044】

図１Ｃは、図１Ａを参照して説明した放射平面Ｐ_ＸＹ内の特定の要素の図を示す。この例では、膜２は、半径の１００分の１の厚さの薄い円板の形態をとる。

【0045】

図２Ａは、導波路２０が微細化された光ファイバであり、その内部にブラッグ格子が形成される実施形態を示す。光ファイバにおけるこの種の微細構造は、通常、ファイバブラッグ格子（ＦＢＧ：ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇ）と呼ばれる。光ファイバは、コアを形成する第１の材料２１と、クラッドを形成する封止材料２３とを含む。光ファイバのコアには、屈折率が第１の材料と異なる第２の材料２２の介在物又は空洞が形成される。

【0046】

図２Ｂは、このように微細化された光ファイバの反射スペクトルを示す。反射スペクトルは、波長（ｘ軸－単位ｎｍ）の関数として、照明強度（ｙ軸）によって正規化された反射強度に対応する。反射スペクトル帯域Δλ_２０で反射が最大となる。このような導波路は、光波１２が照射されると、反射スペクトル帯域Δλ_２０では、反射スペクトル帯域Δλ_２０全体で光波１２’を反射する。

【0047】

図２Ｃは、図１Ｂを参照して説明したように、二つのブラッグミラー２４_１及び２４_２が、第１の材料２１で充填された欠陥２５によって分離されている、同様の光ファイバを示す。欠陥２５の長さが反射スペクトル帯域に含まれる共振波長ｋ／ｎ_ｅｆｆの時間に対応する場合、光ファイバは共振空洞２６を含む。

【0048】

図２Ｄは、このように微細化された光ファイバの反射スペクトルを示す図である。共振波長λ_ｒを除いて、反射スペクトル帯域Δλ_２０において、反射率が最大となる。このような導波路は、光波１２が照射されると、反射スペクトル帯域Δλ_２０において波長λ_１２が共振波長と異なる場合には、光波１２’を反射し、波長λ_１２が共振ピークに位置する場合には、透過光波と呼ばれる光波１４を透過する。

【0049】

図２Ｃ及び２Ｄは、Ｍａｔｌａｂ（登録商標：Ｍａｔｈｗｏｒｋｓ）で書かれたモデルを用いて得られたものであり、その構造は３ｍｍの長さＬに沿って延びていると考えられ、第１及び第２の材料２１、２２の間の屈折率コントラストは１０^－３であると考えられ、各ブラッグミラーの周期は約０．５μｍであると考えられた。したがって、各ブラッグミラーは、３０００に等しい数の周期を有する。

【0050】

図３Ａ～図３Ｃは、図１Ｂ又は図２Ｃに示すような導波路２０の変形から生じる共振波長λ_ｒの変化を示す。図３Ａ及び図３Ｂは、それぞれ、導波路２０が変形されていない状態、及び変形された状態を示す。変形の影響下で、屈折率変調の空間的周期は、ΛからΛ’＝Λ＋ｄΛに変化する。式（１）を適用すると、ブラッグ波長λ_Ｂにおけるシフト_ｄλＢが生じ、この波長は反射スペクトル帯域Δλを拡張する。_λＢのシフトは、以下のようになる。

ここで、εは、１０^－４％に相当するμ_ε（ｍｉｃｒｏｓｔｒａｉｎ、マイクロストレイン：マイクロメートルオーダーのひずみ）で表される変形に相当し、変形εは、長さの正規化された変動で、次のようになる。

なお、×は乗算演算子である。

【0051】

式（３）は、膜がＳｉＯ_２であり、第１の材料と第２の材料との間の指数ジャンプが１０^－３である場合を考慮して得られたものである。これは、図３Ｂに示すように、各ブラッグミラーが均一に変形することを前提としている。式（３）によれば、１μ_εの変形に対して、ブラッグ波長λ_Ｂにおけるシフトｄλ_Ｂは１．２ｐｍである。

【0052】

図３Ｃでは、導波路２０の不均一な変形が示されており、ブラッグミラーのあるセグメントは他のセグメントよりも変形が少ないことが示されている。

【0053】

図３Ｄは、図３Ｃを参照して説明したような構成におけるブラッグミラーの反射スペクトルの変化を示すモデルである。曲線ａ、ｂ、ｃは、それぞれ、変形がないこと、導波路の軸に沿った０から１０マイクロストレインの間で構成される線形変形、及び導波路の軸に沿った４から６マイクロストレインの間で構成される線形変形に対応する。スペクトルシフトは小さく、１０ｐｍより小さい。曲線ｂ及びｃは、導波路の同じ平均変形に対応し、５マイクロストレインに等しい。これらの２つの構成間の共振波長のシフトは、導波路の軸に沿ったひずみの変動に起因し、それぞれ０～１０マイクロストレイン及び４～６マイクロストレインの範囲である。変形が均一であればあるほど、変形の影響下での共振波長のスペクトルシフトは大きくなる。

【0054】

好ましくは、導波路２０は、膜２のうち最も大きな変形を受ける部分にわたって延在する。膜２は、振動の振幅が最大となる一つ以上の振動波腹を示す。各波腹は、モデリング及び／又は実験によって決定することができる。好ましくは、導波路２０は、膜の振動の少なくとも一つの振動波腹を越えて延在する。これにより、導波路２０の変形が最大化され、変形によるスペクトルシフトがさらに増大する。このようにして、より良好な感度が得られる。

【0055】

本発明者らは、図１Ａ及び図１Ｃに概略的に示されるような膜２の変形をモデル化した。モデル化した膜は、半径１ｍｍ、厚さ１０μｍのＳｉＯ_２からなり、１Ｐａの圧力が掛けられている。膜の直径の一つに沿った変形を図３Ｅに示す。ｘ軸は膜の中心からの距離（ｍｍ）に対応し、ｙ軸はマイクロストレインにおける変形に対応する。共振空洞２６は、好ましくは、変形の最大振幅を有するレベル、すなわち膜２の中心に配置される。図３Ｅに示すシミュレーションは、この膜で１Ｐａの圧力を加えると、約１０^－２マイクロストレインの変形が誘発されることを示している。

【0056】

さらに、可能な限り均一な変形を達成するために、共振空洞２６は、変形の影響下で曲率が可能な限り均一である膜の部分に配置されることが好ましい。換言すれば、それは曲率の導関数が低い膜の部分の問題である。

【0057】

図３Ｅでは、膜の変形は、中心部２_ｃでは負、周辺部２_ｐでは正である。共振空洞２６は、メリットがあるように、膜の振動の影響下で、それが圧縮の問題であるか拡張の問題であるかにかかわらず、変形が同じ符号である膜２のセグメント上に配置される。

【0058】

図３Ｆは、共振空洞２６が膜２の中心部２_ｃに位置し、膜２の中心から±０．５ｍｍの距離だけ延びる導波路２０を概略的に示す。膜の振動の影響で、変形は図３Ｅに示すように交互に負（ε＜０）、次に正になる。変形が負の場合、光空洞は圧縮され、第２の材料２２のセグメントは互いに接近する。変形が正の場合、光空洞は拡大し、第２の材料２２のセグメントは互いに離れる。

【0059】

図４Ａ及び図４Ｂは、サーボ回路４１の動作を概略的に示しており、その機能は、発光波長λ_１２を導波路２０に形成された共振空洞２６の共振波長λ_ｒにサーボ制御することである。サーボ回路４１は、波長λ_１２を共振波長λ_ｒにロックする。これは、トップオブフリンジロックを使用して行われる。例えば、Ｐｏｕｎｄ－Ｄｒｅｖｅｒ－Ｈａｌｌサーボ技術を使用する回路の問題であり、このような回路は、Ｃｈｏｗ Ｊ．Ｈ．“Ｐｈａｓｅ－ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇ ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ ｆｏｒ ｓｅｎｓｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”、 Ｊ．Ｌｉｇｈｔ Ｔｅｃｈｎｏｌ．， ｖｏｌ．２３， Ｎｏ．５， ｐｐ．１８８１－１８８９， ２００５年５月、又はＢｌａｃｋ Ｅ．“Ａｎ ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ Ｐｏｕｎｄ－Ｄｅｖｅｒ－Ｈａｌｌ ｌａｓｅｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ”、 Ａｍ．Ｊ． Ｐｈｙｓ． ６９（１）、２００１．０１の出版物に記載されている。

【0060】

サーボ回路４１は、光源１０によって放射された光波１２の波長λ_１２を、１０ｋＨｚから数百ＭＨｚまで変化し得る高い変調周波数で変調するための変調器４１_１を含む。発光波長λ_１２の変調周波数は、装置によってアドレス指定される最大音響周波数よりもはるかに高い。例えば、装置によってアドレスされる最大音響周波数よりも少なくとも１０倍高くてもよい。導波路２０を透過して光検出器１６で検出された光波１４の強度は、回路４１に送られ、回路は光検出器１６で検出された強度の変化を波長変調の関数として表す関数ｈを測定する。

【0061】

関数ｈの符号に応じて、誤差信号が光源に送られ、発光波長λ_１２が増減する。例えば、波長が増加に伴う検出された強度の変化が負である場合、発光波長は徐々に減少する。波長の増加に伴う検出された強度の変化が正である場合、発光波長は増加する。変調による検出された強度変化が０に近い場合、発光波長は導波路の共振波長に対応する。サーボ回路４１は、以下の事実を用いている。
λ_１２＜λ_ｒの場合、発光波長λ_１２が大きくなると、送信波１４の強度が大きくなる。逆に、波長λ_１２の減少は、透過波１４の強度の減少をもたらす。
λ_１２＞λ_ｒの場合、発光波長λ_１２が大きくなると、送信波１４の強度が小さくなる。逆に、波長λ_１２の減少は、透過波１４の強度の増加をもたらす。

【0062】

したがって、放出光波１２の波長λ_１２に小さな変調を加え、透過光波１４の強度に対する変調の効果を観察することによって、光源１０をサーボ制御して、放出波長λ_１２を導波路２０の共振波長λ_ｒに追従させることができる。

【0063】

トップオブフリンジロックによって共振波長を追従させることにより、音波５の音響周波数が１０ｋＨｚより高い場合には１０^－６ｐｍのオーダー、音響周波数が１ｋＨｚより低い場合には１０^－３ｐｍのオーダーの波長感度で共振波長を追従させることができる。ＳｉＯ_２膜に適用される式（３）を考慮すると、このような感度であれば、数ピコストレインオーダー、あるいは数ｍＰａに相当する膜の変形を推定することができると考えられる。したがって、Ｐｏｕｎｄ－Ｄｅｖｅｒ－Ｈａｌｌ法は、共振空洞２６のスペクトルシフトが小さく、当該スペクトルシフトがおそらく数ｐｍ程度であることを考えると、適切な方法である。

【0064】

また、トップオブフリンジロックによって共振波長を追従させることにより、空洞２６の共振波長の変動に対する追従を、温度や湿度などの環境パラメータの変動の影響下で、反応しにくくすることができる。

【0065】

図５Ａ～図５Ｃは、音波５の影響を受けて膜２が振動したときの発光波長λ_１２の周期的な時間依存性の変化λ_１２（ｔ）と音波の振幅との関係を示す。サーボ回路４１によって実行されるサーボ制御のため、発光波長λ_１２（ｔ）における周期的な時間依存性変動は、膜振動によって引き起こされる共振波長λ_ｒ（ｔ）の時間依存性変調に対応すると考えられる。図５Ａは、導波路２０の変形の影響下での透過光波１４のスペクトル及びスペクトルシフトｄλ_ｒを示す。図５Ｂは、導波路２０の変形から生じる共振波長λ_ｒの時間依存性の変調を示し、変調は周期的であり、音響周波数ｆ_ａに対応する周波数ｆλ_ｒの変調を示す。サーボ回路４１は、発光波長λ_１２を共振波長λ_ｒにサーボ制御することにより、このような変調を決定する。処理ユニット４２は、発光波長の周期的変動を解析し、周波数ｆ_ａにおける共振波長（又は発光波長）の変調の振幅Ａλ_ｒを推定するように構成される。処理ユニット４２は、その振幅Ａλ_ｒに基づいて、音波５の振幅Ａ_ａを推定する。

【0066】

共振波長の変調の振幅Ａλ_ｒに基づく音振幅Ａ_ａの推定値は、シミュレーション及び／又は実験的較正を介して決定することができる。

【0067】

音振幅Ａ_ａの決定は、必ずしも共振波長の値の決定を必要とせず、変調の振幅Ａλ_ｒの正確な決定のみを必要とすることに留意されたい。

【0068】

図６は、装置１の動作周波数範囲の選択に対応する。図６は、膜の変形の振幅（ｙ軸、単位：ｄＢＶ／Ｐａ）を音響周波数（ｘ軸、単位：Ｈｚ）の関数として表したものである。この装置の動作周波数範囲は、曲線の最も平坦な部分に対応する。動作周波数範囲は、低いカットオフ周波数ｆ_ｌｏｗと機械的共振周波数ｆ_ｒｅｓとの間に及ぶ。この例では、１００Ｈｚから２０ｋＨｚの間の可聴音波をカバーするように周波数範囲が選択されている。

【0069】

低いカットオフ周波数は次のようになる。

ここで、Ｒ_６は、膜２の開口６による粘性損失を定量化したものであり、Ｃ_８は、図１Ａを参照して定義した装置の後部容積の圧縮性に相当する。Ｒ_６は、以下のように表される。

ここで、Ｎは、膜の開口６の数に相当し、ηは、空気の粘度（Ｐａ・ｓ）であり、ｅは、膜の厚さであり、ｓ_６は、開口６の断面積であり、その断面は、径方向平面Ｐ_ＸＹに平行に切断される。
さらに、Ｃ_８は、以下のように表される。

ここで、Ｖ_８は、後部の容積（ｃｍ^３）であり、ｃ_０は、空気中の音速（ｍｓ^－１）であり、ρ_０は、空気の密度（ｇ・ｃｍ^－３）である。
膜の共振周波数は、次式によって計算することができる。

ここで、ｒは、膜２の半径（ｃｍ）であり、Ｅは、膜が形成される材料のヤング率であり、ρは、膜が形成される材料の密度（ｇ・ｃｍ^－３）であり、νは、膜を形成する材料のポアソン比である。

【0070】

したがって、可聴領域又は超音波領域の全部又は一部をカバーするように、上記で定義されたパラメータの関数として動作周波数範囲を選択することが可能である。膜の厚さが厚く、直径が小さいほど、共鳴周波数ｆ_ｒｅｓは高くなる。逆に、膜が薄く、直径が大きいほど、共鳴周波数ｆ_ｒｅｓは低くなる。

【0071】

図７Ａ～図７Ｄは、非光ファイバの導波路２０を膜２上に形成することを可能にする主な工程を示す。

【0072】

基板３は、例としてＳｉ基板であり、例えば厚さ４μｍのＳｉＯ_２（屈折率：１．４４）からなる第１の層３_１と、例えば厚さ１μｍのＳｉＯＮ（シリコン酸窒化物、屈折率：１．６０）からなる第２の層３_２とが堆積されている（図７Ａ参照）。

【0073】

この方法は、以下を含む。
フォトリソグラフィーを用いて第２の層３_２をエッチングし、導波路２０を形成する（図７Ｂ参照）。この例では、ＳｉＯＮが導波路の第１の材料２１に対応する。
第１の層３_１の一部を剥離するように基板３の裏面をエッチングし、当該一部に浮遊した膜２を形成する（図７Ｃ参照）。
第２の材料２２の空洞を形成するためにフェムト秒レーザパルスにさらす（図７Ｄ参照）。レーザ照射の影響により、ＳｉＯＮの指数は局所的に変化する。露出したＳｉＯＮは、第２の材料２２に対応し、その屈折率ｎ_２は、露出していないＳｉＯＮの屈折率と異なる。具体的には、露光により微小気泡が発生し、屈折率の変化を引き起こす。この露光は、空洞２２の規則的かつ周期的な分布が得られるように行われる。この結果、光の伝搬軸に沿って、導波路２０の屈折率が導波路内で変調される。各パルスの持続時間は、例えば、８００ｎｍの波長において、１００ｆｓに等しく、各パルスのエネルギーは３０ｎＪである。パルス周波数は、数Ｈｚから２００ｋＨｚの間で構成することができる。別の露光技術として、ＵＶ光彫刻があり、これは、Ｃｈｏｗ Ｊ．Ｈ．“Ｐｈａｓｅ－ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇ ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ ｆｏｒ ｓｅｎｓｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”、 Ｊ．Ｌｉｇｈｔ． Ｔｅｃｈｎｏｌ．， ｖｏｌ．２３， Ｎｏ．５， ｐｐ．１８８１－１８８９， ２００５．０５の出版物に記載されている。例えば、ＵＶ光彫刻は、光ファイバを微細構造化することを可能にする。

【0074】

露光による屈折率の変調は１０^－３程度と比較的小さい。しかし、フェムト秒レーザによる光彫刻は、ブラッグミラーを１ｍｍ程度の短い長さで製造することを可能にする。このタイプの露光は、高精度の共振空洞２６を得ることを可能にし、共振ピークの幅は、数十ｐｍ未満、あるいは１０ｐｍ未満、場合によっては、５ｐｍ未満である。

【0075】

各ブラッグミラーが延びる長さを長くすることも可能である。これにより、共鳴ピークの幅をさらに減少させる。

【0076】

図８Ａ及び８Ｂは、装置の例を示す。図８Ａにおいて、装置１は、カバー８によって閉じられたキャリア７上に配置される。レーザ光源１０は、放射面Ｐ_ＸＹに平行な光波１２を放射し、その光波は反射器１１によって膜２の方向に反射される。入力結合格子１３は、光波１２と導波路２０の入口２０_ｉとを結合させる。出力結合格子１５は、透過光波１４の全部又は一部を光検出器１６に導くことを可能にする。

【0077】

図８Ｂでは、アクティブ光学構成要素（光源１０、光検出器１６、サーボ回路４１及び処理ユニット４２）がカバー８に取り付けられた周辺部品９内に遠隔に配置された装置が示されている。変形感応素子、すなわち導波路２０及び膜２は、カバーによって閉じられたキャリア７から形成されたケーシングに閉じ込められる。カバー８は、出射光１２及び透過光１４を透過させるための透明な部分を備えている。

【0078】

本発明は、小型の検出装置を形成するために使用される可能性があり、主な用途は、可聴領域及び超音波領域における音波の検出である。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図3E】

【図3F】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図7D】

【図8A】

【図8B】

【手続補正書】

【提出日】2022-08-31

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

音波（５）を検出する装置（１）であって、
音波の周波数（ｆ_ａ）で振動するように構成され、導波路（２０）を担持する膜（２）と、
第１の反射器（２４_１）と第２の反射器（２４_２）とを含み、当該各反射器は、反射スペクトル帯域（Δλ_２０）の光を反射し、前記膜とともに振動するように構成される前記導波路と、を備え、
前記第１の反射器及び前記第２の反射器は、光共振空洞（２６）を形成するように互いに間隔をあけて配置され、当該光共振空洞は、前記反射スペクトル帯域（Δλ_２０）において共振波長（λ_ｒ）を規定し、
前記導波路は、前記共振波長（λ_ｒ）で光を透過し、共振波長（Δλ_２０）ではなく前記反射スペクトル帯域の光を反射し、
当該装置はさらに、
前記導波路（２０）内に発光波長（λ_１２）の光波（１２）を放射するように構成されるレーザ光源（１０）と、
前記共振波長（λ_ｒ）で前記導波路によって伝達される光波（１４）を検出するように構成される光検出器（１６）と、
前記レーザ光源（１０）及び前記光検出器（１６）に接続され、前記光波の波長（λ_１２）を前記光共振空洞（２６）の前記共振波長（λ_ｒ）に様々な時間でサーボ制御するように構成されるサーボ回路（４１）と、
前記サーボ回路に接続され、以下のように構成される処理ユニット（４２）と、を備え、
前記膜の振動の影響下での前記発光波長（λ_１２）の周期的な時間依存性の変化を決定し、当該発光波長の周期的な時間依存性の変化は、前記共振波長の周期的な変化に対応しており、
前記発光波長の前記周期的な時間依存性の変化に基づいて音波の振幅を推定し、
ここで、
前記導波路（２０）は、前記膜（２）上に直接形成され、
前記膜は、振動の影響下において少なくとも一つの振動波腹を示し、前記振動の振幅は、各振動波腹において最大であり、
前記導波路（２０）は、少なくとも一つの振動波腹と同じ高さにある、装置。

【請求項2】

当該各反射器（２４_１、２４_２）は、前記導波路に沿った屈折率（ｎ_１、ｎ_２）の周期的な変調によって形成されたブラッグミラーである、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記サーボ回路（４１）は、前記レーザ光源（１０）に接続され、かつ前記レーザ光源によって放射される前記光波の波長（λ_１２）を前記光共振空洞の前記共振波長（λ_ｒ）までサーボ制御するように構成されるサーボループを備える、請求項１に記載の装置。

【請求項4】

前記サーボ回路（４１）は、トップオブフリンジロックサーボ技術を実施する、請求項３に記載の装置。

【請求項5】

前記レーザ光源は、１０ｐｍ未満の幅の発光スペクトル帯域（Δλ_１２）で前記光波を発光する、請求項１に記載の装置。

【請求項6】

前記第１の反射器（２４_１）は、第１のブラッグミラーであり、
前記第２の反射器（２４_２）は、第２のブラッグミラーであり、
前記第１のブラッグミラー及び前記第２のブラッグミラーは、同一のブラッグミラーを形成し、後者は欠陥（２５）を有し、前記第１のブラッグミラー及び前記第２のブラッグミラーは、それぞれ前記欠陥の両側に位置する前記ブラッグミラーの部分に対応する、
請求項１に記載の装置。

【請求項7】

請求項１に記載の装置（１）を用いて音波（５）の振幅（Ａ_ａ）を検出する方法であって、
ａ）前記膜（２）の振動、前記音波の影響下において、当該膜は、前記音波の周波数（ｆ_ａ）に対応する振動周波数で振動し、当該膜の振動は、前記導波路（２０）の前記共振波長が周期的に変調される振動の影響下において前記導波路の振動を引き起こし、
ｂ）前記レーザ光源が前記発光波長（λ_１２）において前記導波路内に前記光波を放出するように、前記レーザ光源（１０）を活性化させ、
ｃ）前記サーボ回路（４１）を用いて、前記発光波長（λ_１２）が周期的に変化するように、前記発光波長（λ_１２）を前記共振波長（λ_ｒ）までサーボ制御し、前記発光波長の前記時間依存性の振動（λ_１２（ｔ））は、前記音波の周波数（ｆ_ａ）における前記共振波長（λｒ（ｔ））の当該周期的な変調に対応し、
ｄ）前記サーボ回路（４１）を介して得られる前記発光波長の当該時間依存性の変化に基づいて、処理ユニット（４２）により前記音波の振幅を推定する、方法。

【請求項8】

請求項１に記載の装置を製造する方法であって、
前記導波路を形成するために第１の材料の薄層を膜上に堆積し、
前記導波路の屈折率の周期的な変調を得るために、前記導波路にフェムト秒レーザビームで光彫刻をする、方法。

【国際調査報告】